萍鄉市經濟開發區城市防洪排澇水文分析

歐陽路

（江西省建洪工程監理咨詢有限公司，江西 南昌 330000）

1 問題的提出

萍鄉市隨著城鎮化進程的加快，下墊面條件隨之改變，暴雨也成為威脅該市安全的主要自然災害之一。

為此文中在運用新安江三水源模型計算城區產匯流的基礎上，將該市開發區劃分為農村圩區、城鎮圩區及混合圩區并進行了各代表性圩區2010、2020及2025年排澇模數的計算，計算結果與《萍鄉市“十四五”防洪規劃文本》（2021-2025）十分接近，也為城區防洪排澇及水資源利用提供了參考依據。

2 計算方法

2.1 典型暴雨過程

在萍鄉市城市防洪排澇水文計算前必須先在歷史觀測資料中選擇典型降雨過程，根據城市排澇規劃進行設計降水過程推算及產流估算，并據此計算城市排澇模數最小值。萍鄉市經濟開發區歷次特大暴雨及水文過程中1998 年降水總量最大、強度最高，降雨特性與設計暴雨條件十分接近。所以選擇該區域1998 年7 月21 日9 時至7 月22 日9 時為典型暴雨過程。根據該區排澇規劃，必須推算出20年一遇點雨量；萍鄉市站具備1971-2020年短歷時雨量長系列統計資料，故以其為設計暴雨過程代表站，在計算出1、3、6、24 h 控制時段典型雨量縮放系數后，將1998年7月21日9時至7月22日9時的暴雨過程縮放為20年一遇設計暴雨過程。

2.2 產流估算

應用新安江三水源模型估算該區產流，并根據區域下墊面地理情況及水文，將其劃分為若干單元，將所計算的各面積單元流量過程疊加后便得到整個區域預報流量過程。萍鄉市經濟開發區水文模擬過程中，產流為蓄滿產流，水源分為地表水、壤中水及地下徑流三種，匯流則分為河網匯流與坡面匯流兩種。結合項目區下墊面條件，產流結果應為非耕旱地、水面、水田及城鎮等下墊面之和。

2.3 排澇模數計算

項目區排澇計算時將圩區劃分為城鎮圩區、農村圩區及混合圩區，并將其中面積占比不足15%的城鎮圩區歸入農村圩區。

農村圩區排澇模數按下式計算：

式中：M1—圩區排澇模數設計值［m3/（s·km2）］；Rt—t 日暴雨對應澇水量（mm）；k—圩區可調蓄水面率（%）；ΔZ—圩區溝塘預計降水深（mm）；T—圩區排澇歷時（d）。

城鎮圩區地面徑流主要通過管道排水系統排入河道內，在確定城鎮圩區排澇模數時要求河道應能及時排出澇水，且在既有設計排水標準下不發生積水。

混合圩區則應用加權平均思想，根據農村圩區及城鎮圩區占比及排澇模數值，得到綜合排澇模數值，公式如下：

其中：M—綜合排澇模數［m3/（s·km2）］；M2—城鎮圩區排澇模數［m3/（s·km2）］；a1、a2—農村圩區面積及城市圩區面積占比（%）。

3 結果與分析

3.1 點雨量頻率

萍鄉市開發區站點雨量頻率分布結果具體見圖1?？刂茣r段1h內降雨量期望值取41.50 mm、降雨量偏差系數取0.40、降雨量偏差系數與變差系數之比取二三十年一遇降雨量73.10 mm；控制時段3 h內降雨量期望值取56.20 mm、降雨量偏差系數取0.40、降雨量偏差系數與變差系數之比取二三十年一遇降雨量98.90 mm；控制時段6 h 內降雨量期望值取69.50 mm、降雨量偏差系數取0.40、降雨量偏差系數與變差系數之比取二三十年一遇降雨量122.30 mm；控制時段24 h 內降雨量期望值取101.30 mm、降雨量偏差系數取0.40、降雨量偏差系數與變差系數之比取二三十年一遇降雨量178.30 mm。

比較此站1、3、6、24 h 控制時段典型雨量和設計點雨量值得到相應的縮放系數分別取1.445、0.667、1.773和2.001。按照同頻率縮放后可將該站1998 年7 月21 日9 時至7 月22 日9 時的典型暴雨過程縮放至20年一遇設計暴雨過程，并基于該24 h降水過程計算項目區產匯流。

3.2 產流計算

基于開發區20 年一遇24 h 設計點雨量值，將項目區劃分為數個單元，結合各單元下墊面特征及產匯流規律計算產流及坡面匯流，其中面積最大的銀馬圩、回圩區、平原圩、城南圩四個單元24 h 設計暴雨產流計算結果見表1。根據表中產流計算結果可以看出，萍鄉市開發區城鎮化進程加快后區域下墊面隨之改變，不透水路面增多、農田面積減少，各代表性圩區產流量均呈增大趨勢，為此必須進行排澇模數的調整。

表1 面積最大的圩區單元24 h設計暴雨產流計算結果表 （單位：mm）

3.3 排澇模數

3.3.1 城鎮圩區排澇模數

基于開發區20年一遇暴雨過程及城鎮排水管道1年一遇排水能力，以0.70的徑流系數進行產流計算，排澇模數應不低于24 h內澇水全部排出圩區河道的對應值，即2.14 m3/（s·km2）。圩區排澇模數見表2。根據表中結果，隨著調蓄水面率的增大，當預計降雨深相同時排澇模數呈減小趨勢；而當調蓄水面率相同時排澇模數取值隨預計降雨深的增大而減小。

表2 城鎮圩區排澇模數表 單位：m3/（s·km2）

3.3.2 農村圩區排澇模數

根據所得到的萍鄉市開發區20年一遇24 h設計點雨量值以及采用其典型農業區產流模型所得到的20年一遇24 h暴雨入河徑流系數，可得到相應的徑流深折算結果為142.50 mm。結合該區域社會經濟發展要求，公式（1）中按照自排考慮的t取1 d，T取2 d；如果采用機排方式，則排水泵站開機時間應為20 h/d，將泵站檢修等過程考慮進去后，應將式（1）計算結果乘1.3的系數以得到最終排澇模數。為保證暴雨過程中圩區調蓄庫容能及時騰空，溝塘所調蓄澇水量必須在3 d內徹底排出，并使圩區內河道水位均恢復至暴雨前水平。為此，農村圩區排澇模數應至少為0.89 m3/（s·km2）。針對不同可調蓄水面率及預計降水深度，應用式（1）便可得到農村圩區排澇模數。該市開發區農村圩區排澇模數與城鎮圩區排澇模數變動趨勢規律一致，但是農村圩區排澇模數取值略小于城鎮圩區；這也說明，在城鎮化建設引起天然徑流排泄過程改變后，城鎮圩區排澇應作為該市排澇規劃的重點。

3.3.3 混合圩區排澇模數

根據所得到的該市開發區各典型圩區排澇模數及各圩區面積占比，應用式（2）可以得到該市開發區2025年混合圩區排澇模數取值3.18 m3/（s·km2），該值比《萍鄉市“十四五”防洪規劃文本》（2021-2025）所規定的排澇模數3.04 m3/（s·km2）略大。

4 結論

計算萍鄉市開發區各典型圩區排澇模數得出，城市排澇模數取值主要受下墊面條件及水面率等因素影響，且計算結果也與《萍鄉市“十四五”防洪規劃文本》（2021-2025）基本吻合，計算結果可為萍鄉市開發區各圩區防洪排澇提供指導借鑒。